唇形科香茶菜属二萜类化合物生物活性研究进展Δ

董瑞华，高洪志，刘泽源（军事医学科学院附属医院药理室，北京市 100071）

香茶菜属类植物资源丰富，主要分布于亚洲的热带和亚热带区域，是唇形科属植物中重要的一类。全世界约有150种，在我国有90余种，25个变种，其中有30种为民间药用，作为清热解毒、活血化瘀、抗菌消炎、抗肿瘤和治疗肝炎的药物来应用[1]。香茶菜属植物中包含多种化学成分，如二萜、三萜、甾醇、脂肪酸以及少量的黄酮、倍萜半、连烃苷等，其中主要成分为二萜类化合物。人们已从香茶菜属植物中提取了百余种二萜类成分，药理筛选发现其中许多具有抗菌、抗肿瘤、细胞毒、降血压等活性。本文着重对香茶菜属二萜类化合物的各种生物活性及作用机制研究进展作一综述。

1 香茶菜属二萜类化合物的抗菌活性

1954年，日本研究者首次从日本山茶（Isodon japonica）的乙醇提取物中得到了延命素（Enmein），并发现其可以抑制革兰阳性菌增殖。随后研究发现化合物中的α-亚甲基环戊酮结构是抗菌活性单位，通过与病菌中的巯基酶发生类似于迈克尔加成反应的机制实现。日本的Fujita E等发现，在C-7、C-20位具有环氧环的对映-贝壳杉烯类化合物中，C-6位具有β-OH的化合物对藤黄八叠球菌有很强抑制作用，可能是由于C-6位β-OH与C-15位酮基形成分子内氢键所致。国内学者对毛萼香茶菜（Isodon eriocalyx）提取物毛萼乙素（Eriocalyxin B）的研究表明，该化合物对革兰阳性菌有很强的抑菌活性。其活性机制除了C-6位β-OH与C-15位酮基形成分子内氢键，还有分子中A环上存在的α，β-不饱和酮基活性作用[2]。

近年来，又相继发现一些香茶菜属二萜类化合物具有抑菌活性。瘿花香茶菜素甲、乙、丙、丁（Rosthornins A～D）对革兰阳性菌有抑制活性，但对革兰阴性菌没有作用[3]。尾叶香茶菜（Rabdosia excisus）水提取物对所实验各菌如甲型溶血性链球菌、乙型溶血性链球菌、丙型链球菌、肺炎链球菌等均有一定的体外抑制作用，对金黄色葡萄球菌作用最强，其最低抑菌浓度（MIC）为1.95 mg·mL-1[4]。

2 香茶菜属二萜类化合物的细胞毒/抗肿瘤作用

2.1 细胞毒/抗肿瘤作用

研究报道，该类化合物具有明显的细胞毒作用。大萼香茶菜叶的乙醇提取物中分离的大萼香茶菜癸素对体外培养Hela细胞有较强抑制作用[5]。显脉香茶菜（Isodon nervosus）属植物中提取出的一系列化合物对K562、A549和Hep-G2等细胞系表现出明显细胞毒作用，同时在显脉香茶菜甲素（Nervonin A）中发现了一个新的环丁烷结构[6]。毛萼香茶菜叶子中新分离出来一种化合物毛萼晶（Maoecrystal Z）不仅具有一种新的、唯一的骨架结构，而且对K562、MCF7、A2780肿瘤细胞具有很好增殖抑制活性，其半数抑制浓度（IC50）值分别为2.90、1.63、1.45 μmol·L-1[7]。叶穗香茶菜（Isodon phyllostachys）中提取出的香茶菜甲素（Amethystoidin A）具有很好的细胞毒性，它对K562细胞的半数增殖抑制浓度仅为0.69 μg·mL-1[8]。利用乙酸乙酯从干燥的药用香茶菜属植物分离出来的旱生香茶菜甲素和乙素（Xerophinoids A和B）对多数肿瘤细胞系都有很好的细胞毒性作用（IC50＜11 μmol·L-1），但对人类的T淋巴细胞（C8166）没有毒性[9]。

2.2 构效关系分析

1961年，Arai T先生通过对延命素的研究发现，α-亚甲基环戊酮结构是其关键活性基团。Fujita E先生对一系列来自日本山茶和毛果杨苷化合物的研究，支持了α-亚甲基环戊酮的活性结构理论，同时发现C-1，C-4位附加的α，β-不饱和酮基是另一个关键部分。之后，人们又先后发现了其它一些活性基团，如在C-6位上的螺旋内酯或者环氧酮基等[2]。

赵昱等[10]对19个合成的毛萼乙素衍生物进行构效关系分析，发现A环和D环上的α，β-不饱和酮基是最重要的抗癌活性中心；C-6、C-7位上-OH能够增强活性；7，20-环氧型比3，20-环氧型活性强。对小毛叶香茶菜叶中分离出来的10种已知对映-贝壳杉烯类二萜化合物进行A549、HT29和K562抗癌活性测试，其中4种具有α-亚甲基环戊酮结构的化合物对上述3种肿瘤细胞株均表现出不同程度抑制活性[11]。白柔毛香茶菜地上部分的丙酮提取物中分离鉴定了15个对映-贝壳杉烯类二萜化合物，用Hep-G2细胞进行抗肿瘤活性评价发现，7个含α-亚甲基环戊酮结构的化合物中有2个完全没有活性，推测可能是因为A环上的羧基影响了化合物活性[12]。

本实验室对近30个天然及化学修饰得到的对映-贝壳杉烯类化合物进行了系统的体外抗肿瘤活性筛选及构效关系分析，发现应用化学手段破坏化合物分子中的α-亚甲基环戊酮结构单元，可显著降低对映-贝壳杉烯类化合物抗肿瘤活性。

上述研究表明，具有抗癌活性的香茶菜属二萜化合物在结构上具有一个共同特征，即D-环存在一个α-亚甲基环戊酮结构单元。如果此单元的共轭体系被打破，化合物就会失去活性。另外，分子内诸如环氧酮基等其它取代基也会影响化合物活性。

2.3 作用机制研究

新近研究表明，毛萼乙素具有抑制端粒酶和抗血管生成活性；冬凌草甲素（Oridonin）和冬凌草乙素（Ponicidin）也具有抗血管生成作用；4种从冬凌草素中提取的二萜类化合物具有抑制核转录因子κB（NF-κB）转录、下游区基因表达和环氧化酶-2（COX-2），诱生型一氧化氮合酶（iNOs）表达等活性[2]。

Leung CH[13]证实，毛萼乙素以一种非竞争性方式可逆性干扰P65和P50亚基同DNA结合来抑制NF-κB转录活性，但并不影响环磷酸腺苷（cAMP）效应元件结合蛋白。Wang L等[14]通过毛萼乙素对t（8；21）白血病细胞作用发现，毛萼乙素抑制NF-κB活性，且干扰MAPK信号传导通路，从而对细胞凋亡发挥作用；同时激活Caspase-3通路，下调AML1-ETO癌蛋白表达，诱导白血病细胞凋亡。冬凌草甲素和冬凌草乙素均可通过减少细胞周期调节蛋白B1、cdc2，转录因子E2F和包括在S780点磷酸化Rb等机制来诱导乳腺癌细胞凋亡，进一步研究发现其改变NF-κB通路，减少P65和P50形成以及IκB上游基因表达来发挥作用[15]。冬凌草甲素对肝癌细胞BEL-7402的抗肿瘤作用机制主要是通过激活Caspase-3通路，下调Bcl-2基因和上调Bax基因表达来实现[16]。

本实验室对另一结构类型的对映-贝壳杉烯二萜类化合物苞叶香茶菜庚素（Melissoidesin G）进行了系统抗肿瘤作用机制研究。结果显示，苞叶香茶菜庚素通过激活Caspase通路和线粒体凋亡途径诱导肿瘤细胞凋亡，并发现氧化应激是该化合物诱导肿瘤细胞凋亡发生的重要因素，如实验发现含-SH类抗氧化剂特异性抑制其细胞毒作用，而其它具有不同机制的抗氧化剂均无保护作用。进一步研究表明，细胞内还原型谷胱甘肽（GSH）降低是其诱导肿瘤细胞凋亡的始动因素[17]。

3 香茶菜属二萜类化合物的抗炎作用

3.1 抗炎作用

该类化合物还具有显著的抗炎活性。尾叶香茶菜（Isodon excisus）地上部分的一系列甲醇提取物对小鼠巨噬细胞-RAW264.7的NF-κB活性有显著的抑制作用[18]。唇形科的延命草（Isodon japonicus）能够抑制化合物48/80在小鼠身上诱导的全身反应和血浆中组织胺的释放，同时减少被动的皮内过敏反应。延命草剂量依赖性地减少化合物48/80或抗DNP免疫球蛋白E激活的大鼠腹膜肥大细胞组织胺的释放[19]。

3.2 抗炎机制

由于NF-κB在肿瘤发生发展及炎性反应过程中发挥重要作用，NF-κB调控的基因产物iNOS和COX-2可以诱导炎性介质前列腺素E2（PGE2）和NO产生，因而毛萼乙素可通过影响NF-κB转录能力，进而调控炎性介质表达，发挥抗炎活性[15]。光萼青兰（Dracocephalum argunenseDAAE）能够通过细胞内钙离子的调节抑制小鼠炎症反应和血清组胺释放。此外，DAAE可减少肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白细胞介素（IL）-6基因表达，这种表达抑制是NF-κB依赖性的[20]。内折香茶菜（Inflexinol）能够抑制IκB降解和P65、P50的核转位进而抑制NF-κB激活，最终抑制iNOS和COX-2表达，从而抑制RAW 264.7和星形胶质细胞中炎性介质的产生与释放[21]。

Liu YQ等[22]还报道了在组织多肽抗原（TPA）诱导的类人巨噬细胞样U937细胞上观察到了冬凌草甲素通过Ras/Raf1/ERK信号依赖性通路下调IκBa，从而激活NF-κB通路，同时诱导IL-1合成，增加吞噬细胞的吞噬作用从而发挥抗炎作用。

4 香茶菜属二萜类化合物的其他作用

冬凌草乙素、香茶菜醛（Ame）、毛叶香茶菜醇（Iso）能有效地清除羟自由基和NO，抑制脂质过氧化，提高体内GSH含量而产生抗氧化作用[23]。本实验室以抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）调控的报告基因表达为模型，对苞叶香茶菜庚素系列衍生物进行了初步筛选，也发现了多数对映-贝壳杉烯类化合物具有不同程度抗氧化作用。Liu JW等[24]研究了冬凌草甲素细胞免疫抑制机制，发现其以剂量和时间依赖方式抑制刀豆蛋白刺激脾淋巴细胞的过量表达。

5 结语

综上所述，香茶菜属植物活性成分主要是二萜类化合物，研究表明其具有抗菌、抗肿瘤、抗炎、抗氧化等多种生物活性。以往研究表明，α-亚甲基环戊酮结构对二萜类化合物生物活性的发挥是必不可少的，分子内诸如环氧酮基等其它取代基也会影响化合物活性。通过对该化合物生物活性及活性机制的大量研究，可深入全面地揭示其属性，有望开发出更安全有效的药物。

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